Che effetto ha il design dei denti della cinghia di distribuzione sulle prestazioni della trasmissione

IL cinghia di distribuzione è un componente critico nel sistema di valvole del motore automobilistico, responsabile della sincronizzazione precisa della rotazione dell'albero motore e dell'albero a camme. Il profilo dei suoi denti non solo determina le caratteristiche di ingranamento della cinghia e della puleggia dentata (pignone), ma influisce anche direttamente sull'efficienza, sul rumore, sulla durata e sui costi di manutenzione della trasmissione.

Obiettivi principali e sfide della progettazione del profilo dentale

IL core of a timing belt drive lies in achieving zero-slip synchronous transmission. Tooth profile design must balance the following key objectives:

Precisione della fasatura: garantisce una differenza di fase costante tra l'albero motore e l'albero a camme durante l'intero ciclo operativo.

Capacità di carico: la cinghia deve trasmettere in modo affidabile la coppia richiesta per azionare l'albero a camme, soprattutto in condizioni di velocità e carico elevati.

Riduzione del rumore e delle vibrazioni: ottimizza il processo di meshing per ridurre il rumore generato da impatto e attrito.

Durata utile: massimizza la resistenza all'usura e alla fatica della cinghia e della puleggia.

Analisi dei profili dentali comuni e delle loro caratteristiche di trasmissione

I profili dei denti della cinghia di distribuzione si sono evoluti principalmente da denti trapezoidali a denti ad arco circolare, ciascun design presenta vantaggi e limiti di trasmissione distinti.

1. Dente trapezoidale

Questo è il primo modello di cinghia sincrona.

Caratteristiche di trasmissione: i denti trapezoidali hanno pareti laterali diritte e, durante l'ingranamento, il carico viene trasportato principalmente dai lati e dalla parte superiore dei denti.

Impatti:

Concentrazione dello stress: la concentrazione dello stress è uno dei principali inconvenienti dei denti trapezoidali, che si verifica alle radici dei denti e agli angoli dei denti. Sollecitazioni elevate possono facilmente portare alla rottura per fatica della cinghia, soprattutto in applicazioni con carichi pesanti o ad alta velocità, limitando la loro capacità di carico.

Resistenza al taglio: i denti trapezoidali hanno una resistenza al taglio relativamente debole, che li rende suscettibili al taglio alla base.

Precisione della trasmissione: a causa dell'ampio gioco, si generano facilmente giochi e urti quando la direzione del carico cambia, influenzando la precisione e la stabilità della trasmissione.

Applicazioni: con l'aumento della potenza e della complessità del motore, l'uso di denti trapezoidali nei moderni sistemi di distribuzione automobilistica è notevolmente diminuito, diventando più comune nelle applicazioni industriali a bassa velocità e basso carico.

2. Dente curvilineo

I denti curvilinei rappresentano il design tradizionale delle moderne cinghie dentate, comprese varianti come **HTD (High Torque Drive)** e **STD (Super Torque Drive).

Caratteristiche della trasmissione: il profilo liscio e circolare dei denti fornisce una distribuzione del carico più uniforme. Durante l'ingranamento, il profilo del dente della puleggia si allinea perfettamente con il profilo del dente della cinghia.

Impatti:

Distribuzione dello stress: i denti curvilinei distribuiscono lo stress dallo stress concentrato sull'angolo del dente all'intera superficie del dente e alla radice del dente. Ciò migliora significativamente la durata a fatica della cinghia e la capacità di carico della coppia. Il design della radice del dente più ampio e più spesso fornisce una resistenza al taglio significativamente più elevata rispetto ai denti trapezoidali.

Levigatezza della trasmissione: i denti curvilinei offrono un rotolamento più fluido dentro e fuori dall'ingranamento, riducendo efficacemente lo shock dell'ingranamento. Ciò riduce direttamente le vibrazioni del sistema e il rumore operativo, migliorando le prestazioni NVH (rumore, vibrazioni e ruvidità).

Precisione di posizionamento: grazie alla maggiore rigidità radiale e assiale durante l'ingranamento, i denti a forma di arco possono mantenere un'eccellente precisione di sincronizzazione trasmettendo allo stesso tempo una coppia elevata.

Applicazioni: ampiamente utilizzato nei moderni sistemi di fasatura dei motori automobilistici, che richiedono elevata precisione, trasmissione di coppia elevata e bassa rumorosità.

3. Denti a forma di arco migliorati (come denti parabolici e denti elicoidali modificati)

Per ottimizzare ulteriormente le prestazioni dei denti a forma di arco, i produttori hanno sviluppato una varietà di profili dei denti migliorati.

Caratteristiche di trasmissione: questi profili dei denti in genere ottimizzano la geometria del profilo dei denti in base alla forma dell'arco per ridurre ulteriormente gli effetti poligonali e di flusso durante la mesh.

Impatti:

Riduzione del rumore: progettata per ottenere un funzionamento più silenzioso. Ad esempio, alcuni design ottimizzano la compressione e il rilascio dell'aria tra i denti modificando l'angolo di avvolgimento dei denti, riducendo efficacemente il rumore ad alta frequenza.

ILrmal Management: Optimizing the tooth profile helps dissipate heat, reducing thermal aging of the belt during high-speed operation, and indirectly improving durability.

Vibrazioni ad alta frequenza: questi profili avanzati dei denti assorbono e disperdono meglio le vibrazioni ad alta frequenza generate dal treno di valvole in condizioni operative impegnative del motore.